近日，學校張忠教授團隊于自然指數期刊、環境科學與生態學領域一區Top期刊《水研究》（Water Research）（影響因子：12.8）發表題為Amino-functionalized graphene oxide affects bacteria–phage interactions in aquatic environments的研究成果。該成果證實氨基化氧化石墨烯（AGO）釋放到水體后，會破壞水生環境中細菌和噬菌體之間的平衡，并為細菌的生長創造一個有利環境，特別是在酸性水體中，為進一步了解水體酸化和AGO對水生生態系統的環境風險提供理論支撐。

AGO相比于普通的氧化石墨烯（GO）具有增強的正電性、更好的分散性、生物相容性等若干優勢，這使得它在多個科研和工業領域中具有廣泛的應用前景。然而，隨著消費品中GO的生產和利用的增加，環境中大量氧化石墨烯材料在遷移和轉化后的命運和潛在的生態毒理學效應引起了研究人員的廣泛關注。

為此，張忠教授團隊開拓了基于噬菌體/細菌的有害物質對水體微生態影響的研究體系，揭示了AGO對水生環境中細菌-噬菌體相互作用和水生微生物平衡的潛在影響。在這項工作中，團隊采用生長抑制試驗法評價AGO的抗菌活性，并系統探討其抗菌機制及其對細菌-噬菌體相互作用的影響。此外，團隊還進行了一項野外水體干預實驗，關注由AGO暴露驅動的水生細菌群落的變化。

研究結果表明AGO可以破壞細菌細胞的完整性，有效抑制細菌生長；AGO釋放到自然水源中將破壞細菌和噬菌體之間的生態平衡，這種破壞將導致細菌生長的增加并阻礙噬菌體侵染。此外，在不同的pH值下，AGO與水生細菌群落之間的相互作用也有所不同，AGO對酸性水體構成了更大的威脅。因此，團隊推測由于AGO在酸性環境中的正電荷增強，其可能通過與水生微生物的相互作用構成不可預測的生態風險。此外，不利的微生態環境可能會增加疾病傳播的機會，從而對人類健康構成威脅。因此，在水體酸化和石墨烯納米材料污染日益嚴峻的趨勢下，研究AGO對水生細菌群落的影響具有十分重要的意義。

張忠團隊在細菌/噬菌體互作方面取得系列進展。2023年，團隊已在中科院環境科學與生態學領域一區Top期刊Science of The Total Environment上發表了Graphene oxide affects bacteriophage infection of bacteria by promoting the formation of biofilms文章，闡明了氧化石墨烯釋放到水體后，可打破水體中細菌/噬菌體的平衡，向有利于細菌增殖的方向發展。

兩項研究為石墨烯/氨基化氧化石墨烯納米復合材料在水中的環境行為及相關的生態風險評估提供了新的視角。

本研究獲國家自然科學基金（81572028，81871686，82303763）、山東省醫藥衛生科技發展計劃項目（202202050562）等共同資助。

 

 

 

氨基化氧化石墨烯（AGO）影響細菌/噬菌體互作示意圖

 

氧化石墨烯（GO）影響細菌/噬菌體互作示意圖